Magma (gesteente)
Van Wikipedia
Magma is het vloeibare gesteente dat zich onder het aardoppervlak of het oppervlak van een andere aardse planeet bevindt. Het is een complexe silica-oplossing met (normaal gesproken) temperaturen tussen de 650 °C en 1200 °C waaruit alle stollingsgesteenten ontstaan. Magma staat onder hoge druk en ontsnapt soms via vulkanische schachten, maar eenmaal aan de oppervlakte wordt het gesmolten gesteente lava genoemd.
Inhoud |
[bewerk] Vorming van magma
Het proces waarbij vast gesteente smelt wordt bepaald door drie fysische parameters - temperatuur, druk en samenstelling van het gesteente - die hieronder worden toegelicht. Gesteente smelt sneller bij hogere temperatuur en lagere druk. Verder kan de aanwezigheid van water en gassen (zogenaamde volatiles) bijdragen aan het smeltproces. Deze stoffen kunnen bij subductie van een tektonische plaat in de aardmantel vrijkomen door de chemische reacties die optreden als de korst op grotere diepte onder hogere druk komt te staan. Daarna zullen deze volatiles opstijgen naar het oppervlak, onderweg laten ze gesteente smelten door de sterke verbindingen in de mineralen te verbreken waardoor het smeltpunt drastisch afneemt. Verder kan de temperatuur van bestaand magma - dat omhoog beweegt door de korst en mantel - zo hoog zijn dat het omliggende gesteente ook smelt.
[bewerk] Temperatuur
Gesteente begint te smelten als de temperatuur boven de solidus (de temperatuur waarboven partiëel smelten plaatsvindt) rijst. In de vaste aarde wordt de temperatuur van gesteente bepaald door de geothermische gradiënt (stijging van de temperatuur in de ondergrond naarmate de diepte groter wordt) en de mate van radioactief verval in het gesteente zelf. De geothermische gradiënt varieert van 5 °C per kilometer in troggen en subductiezones tot 50 °C per kilometer onder mid-oceanische ruggen en vulkanische bogen. De gemiddelde waarde ligt rond 25 °C per kilometer.
[bewerk] Druk
De temperatuur van de solidus is afhankelijk is van de druk, bij lagere druk verschuift de solidus naar lagere temperaturen. Daarom kan gesteente met een vaste temperatuur en samenstelling ook smelten als de druk lager wordt. Met andere woorden: de benodigde temperatuur om een materiaal te laten smelten neemt toe bij een toenemende druk. Aangezien de druk toeneemt met de diepte kan gesteente met een vaste samenstelling en temperatuur dat aan het oppervlakte gesmolten (lava) is, op grote diepte in vaste fase aanwezig zijn. Bij een snelle afname in druk (als gevolg van tektonische bewegingen of het bewegen van een stuk gesteente naar een minder diepe locatie) kan door het snel afnemen van de druk smelten plaatsvinden.
[bewerk] Samenstelling
Aangezien de samenstelling van grote hoeveelheden gesteente vaak constant is heeft deze parameter de meeste invloed op de vraag wanneer een gesteente smelt. Bij de samenstelling van een gesteente zijn ook volatiles als water en koolstofdioxide inbegrepen, in gebonden of ongebonden staat. In gesteente werken deze stoffen op dezelfde manier als een oplosmiddel. Ze zorgen voor de afbraak van de sterke silica-verbindingen in mineralen, zodat de solidus van het gesteente naar lagere temperaturen verschuift. Dit is een belangrijk proces voor het smelten van gesteente, want zelfs de aanwezigheid van 1% water kan de smelttemperatuur al met 100 °C verlagen. Het verlies van water en vergelijkbare stoffen kan leiden tot het stollen van het magma.
[bewerk] Partieel smelten in gesteente
- Zie ook:Partiële smelt
Gesteenten hebben een zogenaamd smelttraject in plaats van een smeltpunt; ze smelten heel geleidelijk omdat ze normaal gesproken bestaan uit verschillende mineralen die allemaal een ander smeltpunt hebben. Een geheel gesmolten gesteente is om twee redenen erg zeldzaam. Ten eerste is er zeer veel energie voor nodig het gesteente geheel te smelten. Ten tweede gaat door de op grote diepte heersende druk gesteente dat partieel gesmolten is zich scheiden in vloeibare en vaste delen. Het vloeibare gedeelte (de smelt) heeft een lagere dichtheid en wil omhoog bewegen door de aardkorst. Als een bepaald deel van het materiaal in de vloeibare fase is belandt worden ook de omliggende mineralen zachter gemaakt. Zelfs als slechts 5% van het gesteente gesmolten is kan de smelt als het ware worden weggedrukt. Veel materiaal blijft lang genoeg op dezelfde plaats om 20% tot 35% ervan te smelten, maar zelden smelt meer dan 50% van het gesteente. Het mengsel van gesmolten materiaal en kristallen staat bekend als magma.
[bewerk] Primaire smelt
De vloeistof die ontstaat wanneer een gesteente smelt wordt een primaire smelt (primary melt) genoemd. In dit gesmolten materiaal heeft nog geen differentiatie plaatsgevonden - het representeert de beginsamenstelling van magma die in werkelijkheid weinig wordt gevonden in de natuur. Vooral primaire smelten die afkomstig zijn uit de aardmantel zijn van groot belang. Ze worden primitieve magma's genoemd en kunnen worden gebruikt om de samenstelling van de mantel te achterhalen.
[bewerk] Ouderlijke smelt
Als meerdere stollingsgesteenten worden aangetroffen waarvan vermoed wordt dat ze uit dezelfde primaire smelt moeten zijn ontstaan, kan men proberen de primaire smelt (die dan de ouderlijke smelt - Engels: parental melt - wordt genoemd) te achterhalen. De ouderlijke smelt is een magma-samenstelling waaruit de gevonden magma's redelijkerwijs kunnen zijn ontstaan. Als men de samenstelling van de ouderlijke smelt weet kan men achterhalen of bepaalde magma's met elkaar in verband staan. Vervolgens kunnen bepaalde modellen gebruikt worden om deze hypothese te testen.
[bewerk] Na de vorming
Omdat vloeibaar materiaal een lagere dichtheid heeft dan hetzelfde materiaal in vaste fase kan het magma opstijgen, en als gevolg van het afnemen van de druk (waardoor het de solidus bij een lagere temperatuur komt te liggen) nog vloeibaarder en lichter worden. Zo kunnen magmakamers, mantelpluimen, vulkanische vlaktes en uiteindelijk vulkanen ontstaan - de laatsten als het magma het aardoppervlak bereikt. Magma kan ook op diepte blijven en daar stollen in de vorm van dikes, sills, batholieten en lacolieten. Gestolde magma wordt dieptegesteente of ganggesteente genoemd. Gestolde lava wordt uitvloeiingsgesteente genoemd.
[bewerk] Samenstelling
Magma bestaat meestal uit vloeibare silica met daarin opgeloste ionen van alkalimetalen (zoals natrium en kalium), aardalkalimetalen (zoals magnesium en calcium) en ijzer. Magma's worden net zoals lava's verdeeld naar zuurtegraad, van felsisch (zuur) tot mafisch (basisch). De pH van een gesmolten gesteente hangt af van het percentage silica in de smelt.
Over het algemeen verloopt een eruptie rustiger naarmate het magma mafischer is. Dit komt doordat felsisch magma (met hoge concentraties silica) visceuzer is waardoor water en gassen (volatiles) niet kunnen ontsnappen uit het gesmolten gesteente, daardoor doen zich explosieve erupties voor zoals dat gebeurt bij stratovulkanen. De eigenschappen van de verschillende magma's zijn als volgt:
- Ultramafisch magma
- SiO2 < 45%
- Fe-Mg >8% tot 32%MgO
- Temperatuur: tot 1500°C
- Viscositeit: laag tot zeer laag
- Erupties: rustig
- Vindplaatsen: divergerende plaatranden, hot spots en convergerende plaatranden. Picrieten en boninieten worden gevonden in zogenaamde back-arc gebieden bij subductiezones, waar oceanische korst smelt in een waterrijke omgeving. Komatiiet en andere ultramafische lava's werden gevormd bij een hogere geothermische gradiënt (de temperaturen in de aardkorst lagen vroeger hoger) en voor zover bekend is worden deze gesteenten tegenwoordig niet meer gevormd.
De temperatuur in de mantel is tegenwoordig niet hoog genoeg om magma van deze samenstelling te produceren. Dat komatiieten gevonden worden is een belangrijke reden waarom men aanneemt dat de mantel vroeger veel heter was.
- Mafisch magma
- SiO2 < 50%
- Fe-Mg ~ 4%
- Temperatuur: tot ~ 1200°C
- Viscositeit: laag
- Erupties: rustig
- Vindplaatsen: divergerende plaatranden, hot spots en convergerende plaatranden. Magma met de samenstelling van basalt wordt gevonden in gebieden waar oceanische korst wordt gesmolten; deze korst bevat grote hoeveelheden ijzer.
- Intermediair magma
- SiO2 ~ 60%
- Fe-Mg: ~ 3%
- Temperatuur: ~1000°C
- Viscositeit: gemiddeld
- Erupties: explosief
- Vindplaatsen: convergerende plaatranden.
- Felsisch magma
- SiO2 >70%
- Fe-Mg: ~ 2%
- Temperatuur: 700°C
- Viscositeit: hoog
- Erupties: explosief
- Vindplaatsen: hot spots in continentale korst (Yellowstone National Park); dit type magma is vooral te vinden op plaatsen waar continentale korst smelt, omdat deze korst grote hoeveelheden silica bevat.
Meer informatie over de samenstelling van gesmolten gesteenten is hier te vinden. De samenstelling van een magma wordt ook beïnvloed door de verschillende soorten gesteenten die het laat smelten terwijl het door de korst omhoog komt. Processen waardoor een primaire smelt van samenstelling kan veranderen op zijn weg naar het aardoppervlak zijn onder andere fractionele kristallisatie (waarbij mineralen neerslaan en zo worden verwijderd uit de smelt), "besmetting" door andere gesteenten en het vermengd raken van twee magma's.